凯氏定氮法是由
丹麦化学家凯道尔于1833年建立的,现已发展为常量、微量、平微量凯氏定氮法以及自动定氮仪法等,是分析
有机化合物含氮量的常用方法。凯氏定氮法的理论基础是
蛋白质中的含氮量通常占其总质量的16%左右(12%~一19%),因此,通过测定物质中的含氮量便可估算出物质中的总蛋白质含量(假设测定物质中的氮全来自蛋白质),即: 蛋白质含量=含氮量/16%。
凯氏定氮法是测定化合物或
混合物中总氮量的一种方法。即在有
催化剂的条件下,用
硫酸消化样品将有机氮都转变成
无机化合物盐,然后在碱性条件下将铵盐转化为氨,随水蒸气蒸馏出来并为过量的
硼酸液吸收,再以标准
盐酸滴定,就可计算出样品中的氮量。由于
蛋白质含氮量比较恒定,可由其氮量计算蛋白质含量,故此法是经典的蛋白质定量方法。
原理
蛋白质是含氮的
有机化合物。蛋白质与
硫酸和催化剂一同加热消化,使蛋白质分解,分解的氨与硫酸结合生成
硫酸铵。然后碱化
蒸馏使氨游离,用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸
标准溶液滴定,根据酸的消耗量乘以换算系数,并换算成蛋白质含量。含氮量*6.25=蛋白含量
.
有机化合物中的胺根在强热和,浓作用下,硝化生成反应式为:
2.在凯氏定氮器中与碱作用,通过蒸馏释放出,收集于溶液中
反应式为:
3. 用已知浓度的(或)
标准溶液滴定,根据HCI消耗的量计算出氮的含量,然后乘以相应的换算因子,既得
蛋白质的含量
反应式为:
试剂
2.5 混合指示液:1份0.1%
甲基红乙醇溶液与5份0.1%
溴甲酚绿乙醇溶液临用时混合。也可用2份0.1%甲基红乙醇溶液与1份0.1%
次甲基蓝乙醇溶液临用时混合。
2.7 0.025mol/L硫酸
标准溶液或0.05mol/L
盐酸标准溶液。
仪器
如图所示。
1.安全管
2.导管
3.汽水分离管
4.样品入口
5.塞子
7.吸收瓶
8.隔热液套
9.反应管
10.蒸汽发生瓶
操作
1、样品处理:精密称取0.2-2.0g固体样品或2-5g半固体样品或吸取10-20ml液体样品(约相当氮30-40mg),移入干燥的100ml或
500ml定氮瓶中,加入0.2g
硫酸铜,6g
硫酸钾及20毫升硫酸,稍摇匀后于瓶口放一小漏斗,将瓶以45度角斜支于有小孔的
石棉网上,小火加热,待内容物全部
碳化,泡沫完全停止后,加强火力,并保持瓶内液体微沸,至液体呈蓝绿色澄清透明后,再继续加热0.5小时。取下放冷,小心加20ml水,放冷后,移入100ml
容量瓶中,并用少量水洗定氮瓶,洗液并入容量瓶中,再加水至
刻度,混匀备用。取与处理样品相同量的硫酸铜、硫酸钾、
浓硫酸同一方法做试剂空白试验。但是此法比较危险,不易在实验室演示,大多数实验室有消煮仪一次可以进行多个(一次可以消煮16个样品)样品处理,并有通风橱进行通风,温度可以自己设定,更加安全和可操作性,因此逐步成为主要的凯氏定氮法的首选处理方法。
一般消解温度都设在240度及240度以上,如果想快速消解可以适当提高温度甚至可以用最大温度进行消解。
2、按图装好定氮装置,于
蒸汽发生器内装水约2/3处加
甲基红指示剂数滴及数毫升
硫酸,以保持水呈酸性,加入数粒玻璃珠以防
暴沸,用
调压器控制,加热煮沸水蒸气发生瓶内的水。
3、向接收瓶内加入10ml 2%
硼酸溶液及
混合指示剂1滴,并使
冷凝管的下端插入液面下,吸取10.0ml样品消化液由小
玻璃杯流入反应室,并以10ml水洗涤小
烧杯使流入反应室内,塞紧小玻璃杯的棒状玻璃塞。将10ml 40%
氢氧化钠倒入小玻璃杯,提起玻璃塞使其缓慢流入反应室,不能立即将玻璃盖塞紧,这样易使玻璃塞粘在进样口,应先用
蒸馏水冲洗然后再盖,并加水于小玻璃杯以防漏气。夹紧
尾旋夹,开始
蒸馏,蒸气通入反应室使氨通过冷凝管而进入接收瓶内,蒸馏5min。移动接收瓶,使
冷凝管下端离开液皿,再蒸馏1min,然后用少量水冲洗冷凝管下端外部。取下接收瓶,以0.05N
硫酸或0.05N
盐酸标准溶液定至灰色或蓝紫色为终点。
同时吸取10.0ml试剂空白消化液按3操作。
计算
:样品消耗硫酸或盐酸标准液的体积,ml;
:试剂空白消耗硫酸或盐酸标准溶液的体积,ml;
N:硫酸或盐酸标准溶液的当量浓度;
0.014:1N
硫酸或
盐酸标准溶液1ml相当于氮克数;
m:样品的质量(体积),g(ml);
F:氮换算为蛋白质的系数。蛋白质中的氮含量一般为15~17.6%,按16%计算乘以6.25即为蛋白质,
乳制品为6.38,面粉为5.70,玉米、高粱为6.24,花生为5.46,米为5.95,大豆及其制品为5.71,肉与肉制品为6.25,
大麦、小米、燕麦、
黑麦为5.83,芝麻、向日葵为 5.30。
注意
(1)样品应是均匀的。固体样品应预先研细混匀,液体样品应振摇或搅拌均匀。
(2)样品放入定氮瓶内时,不要沾附颈上。万一沾附可用少量水冲下,以免被检样消化不完全,结果偏低。
(3)消化时如不容易呈透明溶液,可将定氮瓶放冷后,慢慢加入30%
过氧化氢()2-3ml,促使氧化。
(4)在整个消化过程中,不要用强火。保持和缓的沸腾,使火力集中在凯氏瓶底部,以免附在壁上的
蛋白质在无
硫酸存在的情况下,使氮有损失。
(5)如硫酸缺少,过多的
硫酸钾会引起氨的损失,这样会形成
硫酸氢钾,而不与氨作用。因此,当硫酸过多的被消耗或样品中脂肪含量过高时,要增加硫酸的量。
(6)加入硫酸钾的作用为增加溶液的
沸点,
硫酸铜为
催化剂,硫酸铜在
蒸馏时作碱性反应的
指示剂。
(7)
混合指示剂在碱性溶液中呈绿色,在中性溶液中呈灰色,在酸性溶液中呈红色。如果没有
溴甲酚绿,可单独使用0.1%
甲基红乙醇溶液。
(8)氨是否完全蒸馏出来,可用PH试纸试馏出液是否为碱性。
(9)吸收液也可以用0.01当量的酸代表
硼酸,过剩的酸液用0.01N
碱液滴定,计算时,A为试剂空白消耗碱液数,B为样品消耗碱液数,N为碱液浓度,其余均相同。
(10)以硼酸为氨的吸收液,可省去标定碱液的操作,且硼酸的体积要求并不严格,亦可免去用
移液管,操作比较简便。
(11)向
蒸馏瓶中加入浓碱时,往往出现
褐色沉淀物,这是由于分解促进碱与加入的
硫酸铜反应,生成
氢氧化铜,经加热后又分解生成氧化铜的沉淀。有时铜离子与氨作用,生成深l蓝色的结合物
(12)这种测算方法本质是测出氮的含量,再作
蛋白质含量的估算。只有在被测物的组成是蛋白质时才能用此方法来估算蛋白质含量。
参考资料
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